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Neutron

 

[englisch, zu lateinisch neutrum »keines von beiden«, Analogiebildung zu Elektron] das, -s/...'ronen, Symbol n, zu den Baryonen gehörendes elektrisch neutrales Elementarteilchen mit der Ruhemasse m_n ≈ 1,675 · 10^-24 g (939,6 MeV), dem Spin ½ und einem magnetischen Dipolmoment von —1,913 042 Kernmagnetonen; neben dem Proton Baustein des Atomkerns und mit ihm sowie mit den entsprechenden Antiteilchen Antineutron und Antiproton zur Klasse der Nukleonen gehörend. Das Neutron ist im Verband eines Atomkerns stabil, als freies Teilchen radioaktiv (β-Strahler) und zerfällt mit einer Halbwertszeit von rd. 10 min unter Freisetzung einer Energie von 0,782 MeV in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino (n → p⁺ + e^- + ν̅_e). Streuversuche mit Elektronen und das magnetische Dipolmoment deuten auf unterschiedliche Verteilung positiver und negativer Ladung im Neutron, das aber nach außen neutral erscheint. Die innere Struktur der Neutronen spiegelt sich im Quarkmodell der Hadronen wider (Quarks) und ist experimentell gesichert. Neutronen entstehen v. a. bei der Kernspaltung und spielen bei der Umwandlung und Spaltung von Atomkernen eine entscheidende Rolle. Ihre Wechselwirkung mit Materie hängt stark von deren Art und von der kinetischen Energie der Neutronen ab. Von besonderer Bedeutung sind thermische Neutronen (0,01 bis 0,1 eV), die sich im Gleichgewicht mit der Wärmebewegung der Materie befinden, in der sie sich bewegen (d. h., ihre kinetische Energie ist mit derjenigen von Gasatomen bei der Temperatur der Materie vergleichbar), und schnelle Neutronen (100 keV bis 50 MeV), deren Geschwindigkeiten im Bereich der bei der Kernspaltung frei werdenden Neutronen liegt. Das Isotop Uran 238 wird durch schnelle, Uran 235 und Plutonium 239 durch thermische und schnelle Neutronen gespalten. Relativistische Neutronen haben Energien oberhalb 50 MeV, mittelschnelle Neutronen zwischen 100 eV und 100 keV, epithermische Neutronen zwischen 0,1 und 100 eV, kalte Neutronen zwischen 10^-5 und 10^-2 eV und ultrakalte Neutronen unterhalb 10^-5 eV. Die Bezeichnung langsame Neutronen wird meist für epithermische, thermische und energieärmere Neutronen verwendet. Bei der Kernspaltung unterscheidet man zwischen prompten Neutronen, die momentan frei werden, und verzögerten Neutronen. Hochenergetische Neutronen kann man durch eine Abstreifreaktion erzeugen; hierbei wird einem hochbeschleunigten Deuteron in einer dünnen Folie das Proton abgestreift, während das Neutron weiterfliegt. - Aufgrund ihrer Ladungsfreiheit sind Neutronen bevorzugte Sonden zur Untersuchung der Struktur der Materie. Sie werden auch zur Erzeugung radioaktiver Isotope, zur Durchstrahlungsprüfung und in der Medizin zur Strahlenbehandlung benutzt. - Die von E. Rutherford 1921 vermuteten ungeladenen Teilchen in Atomkernen wurden von J. Chadwick 1932 durch Beschuss von Beryllium mit α-Teilchen als Neutronen nachgewiesen.

 

Unter Ausnutzung der Kräfte, die stark inhomogene Magnetfelder auf das magnetische Dipolmoment des Neutrons ausüben, ist es gelungen, isolierte ultrakalte Neutronen mit Energien von etwa 10^-7 eV einzuschließen. Das »Speichern« von Neutronen soll u. a. für die Suche nach einem elektrischen Dipolmoment des Neutrons genutzt werden, das nach dem Quarkmodell der Hadronen nicht ausgeschlossen werden kann. Da der Nachweis eines elektrischen Dipolmoments bei einem Elementarteilchen die Verletzung des physikalischen Prinzips der Symmetrie gegenüber Zeitumkehr bedeuten würde, hätte die Entdeckung eines elektrischen Dipolmoments beim Neutron weit reichende Konsequenzen für die Symmetrievorstellungen der Physik.

 

Literatur:

 

N. physics, Beitrr. v. L. Koester u. A. Steyerl (Berlin 1977).